中国粉体网讯 所谓透明陶瓷，就是能透过可见光的陶瓷。普通的多晶陶瓷材料，因其各向异性，低对称晶体结构体系的晶粒之间产生消光因素，加之其内部杂质和气孔吸收和散射可见光，所以一般是不透明的。
（图片来源：上海硅酸盐研究所）
在透明陶瓷的制备过程中，除了制备出纯度高、粒度均匀、活性好的纳米粉体这一关键环节外，成型与烧结工艺也是至关重要的。今天我们就来扒一扒透明陶瓷的成型工艺与烧结工艺有哪些？
成型工艺
透明陶瓷的最常用成型方法有干压成型、等静压成型。
（1）干压成型
干压成型是一种简单易行的成型方式，也是目前普遍使用的一种成型方式。干压成型的主要过程是将粉体经过球磨造粒后（可以加入一定的溶剂，通常为水或有机溶剂）置于模具内，施以一定的压力，使粉体形成具有一定形状及强度的陶瓷生坯。干压成型具有操作简单、成本低廉、生产效率高等优点，适合生产尺寸较小、形状较为简单的陶瓷样品。
干压成型示意图
干压成型法通常有单向压制与双向压制两种，单向压制即只从一个面施加压力进行成型，双向压制为上下两面同时施加压力进行成型。上图是干压成型的示意图，图中标明了陶瓷坯体的密度分布情况，干压成型的方式使靠近施压侧近的部分密度较高，远离施压侧的密度则相对较低，容易发生坯体内部压力不均匀的现象，因此在干压成型的过程中要控制成型速度，尽量减小坯体内部的密度差，获得高质量的陶瓷素坯。
（2）冷等静压成型
冷等静压成型的具体方法是将粉体装入橡胶袋，置于钢模内，从各个方向对粉体施加压力使之成型。这种成型方式能够均匀的对粉体施加压力，克服干压成型过程中压力不够均匀的缺点。
等静压成型示意图
冷等静压成型可以分为干袋法、湿袋法和均衡压制法三种方式，上图为干袋法和湿袋法的示意图。干袋法中加压的模具固定在油缸内部，这种方式操作简单，周期短，适宜于大量生产。湿袋法中模具与压力缸分离，这种成型方式能够获得形状复杂的陶瓷坯体。均衡压制法与干压成型方法基本相同。
（图片来源：上海硅酸盐研究所）
烧结工艺
1、烧结方法
目前制备透明陶瓷主要的烧结方式有真空烧结、热压烧结和热等静压烧结等方法。
（1）真空烧结
真空烧结是指陶瓷坯体在真空条件下进行的烧结过程，真空烧结属于无压烧结中的方法。在真空环境下，陶瓷内部与外界形成压力差，有助于气孔的排出，降低陶瓷的气孔率，使晶粒长大，形成致密度较高的陶瓷材料，真空环境还能够抑制陶瓷在高温条件下的分解或元素的挥发。真空烧结具有操作简单、成本低、生产效率高等优点，是目前应用最为广泛的透明陶瓷烧结技术，一些氧化物基陶瓷材料，如稀土激活YAG、Y2O3及Al2O3等陶瓷材料，都能够采用真空烧结的方法制备。
（2）热压烧结
热压烧结是将粉末或陶瓷坯体放在模具中，一般为高熔点金属或石墨模具，在高温烧结的同时对陶瓷坯体施加一定的压力，在短时间内完成烧结过程，获得的陶瓷致密度高、晶粒细小。这种方法可以直接烧结陶瓷素坯，也能够将成型工艺与烧结工艺合二为一，同时进行。
（3）热等静压烧结
热等静压烧结，它将常温等静压工艺与高温烧结相结合，形成了一种新的技术。热等静压烧结是将粉体或陶瓷坯体放入包套，再将包套置于高压容器内进行烧结，这种烧结方式中的压力是以高压保护气体的方式施加的，一方面高压气体对包套施加的压力是各个方向都相同的等静压，不会使坯体出现压力不均的问题，另一方面，保护性的气体不会对陶瓷坯体或包套造成伤害，模具也不会因此而损耗。
（4）超高压烧结
利用超高压制备透明陶瓷的最常见方法是将高纯粉末原料在超高压(超过1GPa)下直接烧结成块状陶瓷。由于超高压环境可以抑制晶粒生长，降低烧结温度，因此如果初始材料为纳米粉末，就能得到纳米结构的透明陶瓷。这种方法的优点在于烧结时间短、烧结温度低、晶粒大小可控，并且所得样品高度致密，透光性能优异，是一种很有应用潜力的制备手段。
（图片来源：上海硅酸盐研究所）
2、影响透明陶瓷烧结的主要因素
（1）粉体粒度
粉体粒度的优良程度是陶瓷烧结进行的前提，降低粉体的粒度有利于促进烧结，纳米粉体对烧结更有利，这是因为纳米粉体的颗粒度小，表面能高，粉体的活性好，利用纳米粉体进行陶瓷烧结过程时，较低的烧结温度就能够制备出气孔率低，致密化程度高的陶瓷材料。
（2）烧结温度与烧结时间
烧结温度和烧结时间是影响陶瓷烧结最重要的因素，它们很大程度的决定了陶瓷中晶粒的尺寸与分布情况，通过控制晶粒的尺寸大小与分布能够控制陶瓷内部的气孔率与密度。
（3）烧结气氛
烧结过程中的气氛能够影响陶瓷内部气孔的多少，进而影响陶瓷的致密化程度。对于一些材料而言，在空气中进行烧结过程时，氧气的存在会使晶体内部产生缺陷，增加气孔率，从而导致陶瓷材料致密化程度的下降。在真空气氛中进行烧结，更有利于陶瓷内部气孔的排出以及扩散和烧结过程的进行。
（4）烧结压力
压力对烧结过程中气孔的排出影响较大，通常陶瓷坯体中都含有空气，这是在成型工艺中残留下的，真空烧结或减压烧结的环境能够使陶瓷内外形成压力差，促进陶瓷内部空气的排出，减少陶瓷的气孔率，增加陶瓷的致密化程度。
（5）添加剂
烧结助剂在透明陶瓷烧结过程中充当助熔剂的角色，烧结助剂熔点较低，会使晶格发生畸变，提高陶瓷的活化能，有利于扩散与烧结的进行，提升陶瓷的致密化程度。
小结
透明陶瓷既具有陶瓷材料所共有的高熔点、高强度、高绝缘、耐腐蚀、耐高温等性能，又具备良好的透光性，相较于普通的光学材料拥有许多优势，因此可制成多种用途的电-光、电-机军民两用器件，在空间科学、医学、激光、红外探测、新型光源、检测、勘探等方面具有广阔的应用前景。
参考来源：
[1]石慧.稀土激活的 Y2O3基纳米粉体及透明陶瓷发光材料研究
[2]邓佶睿等.透明陶瓷的超高压制备研究进展
（中国粉体网编辑整理/山川）
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